主要作者为Zheng Liu、Zibo Zhao、Jianrong Liu等，分别隶属于南昌航空大学航空制造工程学院、中国科学院金属研究所和中国航空制造技术研究所等机构。该研究发表于Materials Science & Engineering A期刊，文章编号为798 (2020) 140093，在线发布日期为2020年8月19日。
本研究聚焦于材料科学与工程领域，目标是探究通过电子束快速制造（electron beam rapid manufacturing, EBRM）工艺制备的Ti–5Al–5Mo–5V–1Cr–1Fe合金（简称Ti-55511合金）在微观构造和拉伸性能上的各向异性特点。
Ti-55511是一种典型的高强度近β钛合金，因其高强度重量比、出色的硬化能力和疲劳抗性被广泛应用于航空航天结构件。然而，加工工艺对材料微结构和力学性能的影响仍需深入研究。增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术作为一种接近净成形的加工方法，近年来在这种合金的制备上展现了极大优势，但其微观结构形态和力学性能的非均匀性及各向异性问题尚存争议。本研究的目的是揭示EBRM工艺对Ti-55511合金拉伸性能各向异性的影响机理，为优化工艺参数和提升材料性能一致性提供理论依据。
研究团队通过EBRM技术在真空环境下制备Ti-55511的样品，所用钛合金线材直径为2.0 mm。详细参数如下：射线束电流为120 mA，电压为60 kV，沉积速度15 mm/s，送丝速度35 mm/s。此外，将样品加工为“L型”几何形状，便于研究不同构造位置的微观结构及特性差异。
先将装备完成的样品沿垂直方向（VD）和水平方向（HD）截取样品块，用Kroll试剂（HF、HNO3、H2O）对其进行机械抛光和蚀刻处理，随后通过扫描电子显微镜（SEM）进行微观结构表征。通过X射线衍射（XRD）检测合金的相组成，采用电子背散射衍射（EBSD）分析组织取向，还基于透射电子显微镜（TEM）结合选择区电子衍射分析微观形态。
为了研究力学性能的各向异性，研究人员制备了三种不同取向的拉伸样品（分别沿VD、HD和45°方向）。圆柱拉伸样品直径为3 mm，各方向取了三个平行试样，在室温（约25°C）下使用AG-IC100KN拉伸机进行测试，加载速度分别为2.5×10^−4 s^−1（弹性阶段）与1.0×10^−3 s^−1（塑性阶段）。随后结合SEM观察断裂形貌，并对裂纹延展特性进行详细分析。
宏观结构
样品整体呈现柱状β晶粒沿VD方向生长的特点，晶粒平均宽度约0.2 mm。晶粒方向性源于温度梯度和热循环的影响，同时叠加了分层特性。
微观结构
在晶内部观察发现，柱状晶粒内分布细小的α片层，宽度为0.2–0.8 μm，并夹杂少量β相残留。在晶界，观察到不同形态的α相（连续α相和魏氏体α相）。同时，分层带下方形成了树枝状形貌，展示明显的梯度特性，与成分的微观偏析有关。
分区特异性
样品顶部的“zone 1”表现出快速冷却特性，导致大量亚稳β相保存并转变为针状α相。而“zone 2”则由于加热和冷却速率相对较缓，表现为α片层的稳定形态。
通过EBSD分析发现，柱状β晶粒表现出强烈的<100>//VD纤维状织构，且α相依据Burgers取向关系（BOR）从β相中转化形成一种典型的取向特性。
在拉伸性能上，样品的强度和延展性显示出明显的各向异性：
- 沿45°方向加载测试样品表现出最高的拉伸强度（~1095 MPa），而在VD和HD方向分别为980 MPa和1010 MPa。 - 延展性方面，VD方向具有最高断裂伸长率（~16.3%），而HD方向为~9.9%，最差表现为45°方向（仅~4.9%）。
通过断裂分析发现，VD方向样品显示出明显的塑性断裂特征，裂纹倾向于穿透晶粒内部，而HD和45°方向裂纹则易沿β晶界扩展。
研究结论
研究意义
本研究在增材制造钛合金领域具有重要贡献，揭示了微结构与力学性能之间的关系，为未来优化制造工艺及提高应用性能提供指导。研究尤其突出了α相织构对强度各向异性的作用机制，并指出调整制造过程中关键参数的优化方向。
这是本文的完整学术报告，全面分析了研究内容及其科学和应用价值。